板式换热器供热系统节能优化设计分析 创新节能中心
鲍立伟
摘 要：板式换热器是将来换热器进步的一个主要趋势。文章针对板式换热器的特征及改良设计展开了简明的描述。
关键词：板式换热器；优化设计；特点
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.015
0 前言
我国经济正处于快速发展的阶段，各行业的发展都取得了显著的提升，但是在板式换热器制造业而言，其发展并未取得相应的速度和进展，仍然以常规性的经验式生产为主流模式，并未能赶上国际先进的水平与模式，极大的约束了板式换热器制造领域的进一步发展壮大。
1 板式换热器概述
1.1 主要优点分析
第一，板式换热器在换热器领域属于体积最小的种类，因此其内部的结构极为细小和精密，对生产水平要求很高。
第二，为了提高换热器的工作效率，在工作过程中此类型的换热器利用垫片体系实现工作内空间与大气空间的阻隔。
第三，半焊式与可拆式板式换热器拥有比较强的适应功能。
第四，因为它具备较高的导热参数、优越的流量比特点，不但是反向流动的，还可筛选较低的导热温差，所以热回收率较高。
第五，如果有比较低的雷诺数，在板片间流动的介质很容易构成涡流，由于板片的摩擦系数较少，污垢极少在其上面形成，所以导热效率较高。
第六，精密的结构保证了其高效的使用效果，更小的体积提高了其在建筑领域的使用范围，并且能够有效的控制施工与后期维护成本。
1.2 当前存在的缺陷分析
首先，板式换热器本身的性能很优越，但是工作性能本身受到外界环境的影响很大，以垫片为例，不同垫片对温度的敏感性不同，就导致板式换热器对温度的敏感性差异，耐热性高的垫片能够更好的适应高温环境需要，但是耐热性高的垫片本身弹性性能不高，使得板式換热器能够承受的工作压力较低。
其次，板式换热器依赖于垫片体系来实现封闭性环境，因此垫片压力很难实现绝对性的密封，换热器本身工作压力上限值较低。
第三，因为板式换热器板间通路不太宽，一般是3mm-5mm，当换热介质中有一些较大的纤维物质或固体颗粒时，就会将板间通路堵住，所以，极易堵住通路的介质换热不适用于板式换热器，在此种状况下，需要运用再生冷凝体系，或者将过滤器安置于入口处。
2 板式换热器的优化设计
2.1 常规设计
板式换热器设计中的最关键点就是运算，其中包含压力及传热运算这两项关键内容。板式换热器设计的运算有别于传统意义上的管壳式换热器。它不必专门设计某些构部件，通常只要不超出压力极限就行，在设计进程中也不需要校正强度。它仅仅需要的是高效组合板片，要对其展开压降和传热运算，来求出所需的板片数量及整体传热面积。
具体的分析与计算时，考虑到压降和热传导性能的紧密关系，所以重点采集的数据为进出口的温度和流体情况，在进行设计时涉及到的主要参数为导热面积、型号、规格等，具体计算时，还要采集如下详实的资料：
第一，适合换热器原材料的温度范围与承压的上限等；
第二，常规工作环境中的各种参数采集，关于设计与性能的参数都进行采集，并采用定期采集和随机采集两种方法收集数据；
第三，利用不同的方式来制作能够体现传热器性能的图文资料；
对设计的参数进行计算验证时，需要具体的选择换热器的型号和材质，然后在具体换热器的参照下进行相关参数的运算与验证，并分析运行状态下的各种参数对设备的影响，探讨是否符合设计的预期和使用的需求。如果参数的计算结果超出了预计值和设备使用的承载上限，那么必须重新选取参数和型号，再次利用具体的换热器进行计算验证，通过后方可投入生产。
2.2 优化设计
所谓的改良设计就是以板式换热器具备一些要求为准，有几个或一个比较理想的参数。改良设计就是以最优秀的数学理论为基础，在计算机技术的推动下获得了长足的进步，通过电脑将理想的预案给设计出来，它是电脑辅助设计的一项中心技术与主要分支。通常要将设计划分为以下几步：
第一，目标的明确：目标在实际问题产生变动的情况下所产生的改变，可是，一般来讲，换热器的改良设计目标通常是经济性。
第二，决策变量的明确：以使目标函数获得最小值或者是最大值。
第三，制约条件的明确：制约条件可分为不等式制约条件与等式制约条件。在一些特殊的情况以下，可以产生不存有制约的最优化状况。
第四，准确描述换执器里的进程关系式，以获得既定的输入及输出。所有的改良设计应当以一系列相关联的几何物理量为基础。所以要求设计的类型不相同，或许这些量就会不同，可是，无论怎样的改良设计，都要划分为未给定量及给定量。应当在设计时要选择最优未给定量，进而让目标函数达到最为理想值。
第五，通过优化变量体系与改进约束体系来实现整体性能的提升，这在理论层面主要是对各类关系的梳理和整体性的结构优化，从而实现更为精准的约束条件设置，降低外部因素对其性能的影响，实现外部对其性能的需求。
第六，依靠最先进的数学办法，在电脑上展开智能化的设计，以获得最优的解。在展开改良设计时，有很多的目标函数可供参考使用，将其划分为以下几类：不光可以对一台换热器展开最优化的核算与设定，在特殊的情况下，还能改良运算并对换热器体系进行经济评估。对正在使用或原先的换热器，将最为经济的余热回收与操纵环境运算出来。对达到某个共同目标的新换热器获得维护、操作、折旧、投资等费用最为实惠的换热器材料，构造和型式。在进行计算的时候，应当符合约束条件，比如结构大小的制约，压降或者是流速的制约等。如果目标函数是换热器的耗资，所有的板片能够结合经验，基本上能够获得下面的。在雷诺数改变的影响下，所有板片的耗资都会发展改变，然而终究有一个最优的雷诺数，这样，在这个雷诺数之下运转工作流体是最为经济的，耗资最少。
3 总结
我国板式换热器的设计相关的理论研究及设计实践还存在较大的发展空间。设计理论是热力学理论及系统性理论的有效结合。
参考文献：
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[3]邵拥军，逯凯霄，张文林.板式换热器的特点与优化设计[J].广州化工，2012（06）：12.endprint
